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基于一步法制备超高PEO负载的亲 CO<sub>2sub>气体分离膜用于高效碳捕集 Article
朱斌, 赫羴珊, 吴亚东, 李松伟, 邵路
《工程(英文)》 2023年 第26卷 第7期 页码 220-228 doi: 10.1016/j.eng.2022.03.016
针对日益增加的大气CO<sub>2sub>含量,膜技术被认为是一种有前景的碳捕集策略,其中亲CO<sub>2sub>分离膜已经展示出显著的应用潜力,特别是在CO<sub>2sub>/轻质气体分离方面。以聚环氧乙烷(PEO)为代表的CO<sub>2sub>亲和材料,因其与CO<sub>2sub>的特殊偶极-四极矩相互作用而吸引了广泛的研究关注。因此,分离性能轻松超过了著名的分离上限。此外,高结构稳定性使得分离膜在高进料压力(高达20 bar)下表现出更好的CO<sub>2sub>渗透系数和气体选择性。本研究同时改善了全聚合物膜的机械性能和气体分离性能,在工业碳捕集和气体净化领域展现出显著潜力。
对二氧化碳具有选择性的聚环氧乙烷基薄膜的发展——从实验室到中试规模
Brinkmann Torsten,Lillepärg Jelena,Notzke Heiko,Pohlmann Jan,Shishatskiy Sergey,Wind Jan,Wolff Thorsten
《工程(英文)》 2017年 第3卷 第4期 页码 485-493 doi: 10.1016/J.ENG.2017.04.004
气体膜分离法是从气流中分离二氧化碳(CO<sub>2sub>)的最有前途的技术之一。例如,采用该技术对燃烧过程中的烟气进行处理,以达到CO<sub>2sub> 捕集和封存的目的。聚环氧乙烷嵌段共聚物能够很好地应用于膜分离技术,如Pebax® 或PolyActive™。本文采用PolyActive™ 作为复合薄膜的选择层。在环境温度下,当CO<sub>2sub>/N<sub>2sub> 选择性超过55 时,这种薄膜的CO<sub>2sub>渗透率高达4 m3(STP)·m<采用单一气体渗透数据作为唯一的实验输入而开发出的仿真工具可以准确预测这种膜组件的性能。在不同的中试研究中,我们利用烟气和沼气作为原料气流,反复检测这些膜和膜组件的性能。PolyActive™ 在检测中显示出了稳定的分离性能,表明PolyActive™ 非常适用于作为膜材料进行工业规模气体处理。
淡水室填充阳离子交换树脂的EDI膜堆对镍离子溶液分离性能的研究
牛玉标,徐小青,赵海洋,周志军
《中国工程科学》 2014年 第16卷 第7期 页码 62-67
采用淡水室填充阳离子交换树脂的电去离子(EDI)膜堆来处理低浓度含镍废水,考察了该EDI 膜堆用于低浓度重金属废水处理的可行性,并探讨了膜堆电压和料液流量对EDI 分离重金属离子性能的影响。结果表明,对于Ni2+浓度为50 mg/L,pH为4.5 的料液工况,操作电压为25 V,料液处理量为20 L/h 时,可保证淡水产水Ni2+浓度在2 mg/L以下,且浓缩水Ni2+浓度大于900 mg/L,电流效率达到24.2 %。
栾永超,熊亚林,何广利,刘聪敏,李帅
《中国工程科学》 2022年 第24卷 第3期 页码 140-152 doi: 10.15302/J-SSCAE-2022.03.015
聚乙烯胺促进传递膜用于燃烧后二氧化碳捕集——从材料到工艺的挑战和前景 Perspective
何雪忠
《工程(英文)》 2021年 第7卷 第1期 页码 124-131 doi: 10.1016/j.eng.2020.11.001
由于气体分离膜具有高能效、相对较低的成本和环境影响,通过气体分离膜捕集二氧化碳(CO<sub在过去的十年中,人们开发了基于聚乙烯胺(PVAm)的促进传递(FT)膜来捕集CO<sub>2sub>。本文讨论了聚乙烯胺促进传递膜应用于发电厂和水泥厂的燃烧后CO<sub>2sub>捕集从材料到工艺的挑战。我们可以基于先前中试示范中获得的经验来指导设计其他类型的膜捕集CO<sub>2sub>。特别强调了组件和工艺设计对实现高性能膜系统的重要性。此外,过程模拟和成本估算的结果表明,三级膜系统对于实现95%的高CO<sub>2sub>纯度是可行的。因此,我们发现FT膜系统对于部分CO<sub>2sub>捕集更具竞争力。
朱宝库,崔月,王俊,王纳川,姚之侃,朱利平
《中国工程科学》 2014年 第16卷 第12期 页码 87-93
为提高分子超微滤膜材料的亲水性、抗污染性能、通量和寿命,降低膜材料制造成本,提出两亲高分子共混改性聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜膜材料的基础与应用技术研究研究中,从分子结构设计出发,采用多种活性聚合法合成了一系列具有不同组成和序列结构的两亲高分子,研究了不同组成与序列结构的两亲高分子在成膜过程中的表面富集的规律、两亲高分子在共混膜中的稳定化机制等基础问题;从成膜热力学和动力学出发实现了共混膜多层次微结构的调控,开发出多种两亲高分子合成及其共混超滤膜制备的技术,实现了膜材料规模化生产及其在自来水净化、废水处理及医疗过滤等领域的应用。
H<sub>2sub>O<sub>2sub>的高效电合成及其电Fenton在难降解有机物降解中的应用 Article
李磊, 白晶, 江盼宇, 张岩, 周廷生, 王嘉琛, 周昌辉, 李金花, 周保学
《工程(英文)》 2023年 第30卷 第11期 页码 131-143 doi: 10.1016/j.eng.2023.02.005
O<sub>2sub>还原反应原位电合成H<sub>2sub>O<sub>2sub>的利用为难降解废水的传统芬顿处理提供了一种有前景的替代方案在此,我们基于新型ZrO<sub>2sub>/CMK-3/PTFE阴极的制备,提出了一种系统解决方案,旨在高效电合成H<sub>2sub>O<sub>2sub>并将其应用于电芬顿降解难降解有机物采用聚四氟乙烯作为疏水改性剂以增强电极的O2传质,采用ZrO2对电极进行亲水改性以增强O<sub>2sub>还原的选择性及电子传递,采用介孔碳CMK-3作为催化剂基底以提供催化活性位点。此外,还设计了一O<sub>2sub>扩散室,以强化O<sub>2sub>从疏水层向亲水层与反应界面的接触。研究结果表明,与相同条件下的传统气体扩散阴极相比,所制备的ZrO<sub>2sub>/CMK-3/PTFE阴极的H<sub>2sub>O<sub>2sub>产率提高了约7.56倍。
膜接触破乳——用于油包水乳液分离的超疏水ZIF-8@rGO膜 Article
顾佳慧, 瞿周, 张祥宁, 范红玮, 李春喜, Jürgen Caro, 孟洪
《工程(英文)》 2023年 第23卷 第4期 页码 73-81 doi: 10.1016/j.eng.2022.02.017
聚乙烯吡咯烷酮/聚(乙烯-乙烯醇)共混膜的制备及其油水分离性能
白云翔,吴国梁,张春芳,顾瑾,孙余凭
《中国工程科学》 2014年 第16卷 第7期 页码 79-83
将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与聚(乙烯-乙烯醇)(EVAL)共混,采用浸没沉淀法制备了PVP/EVAL共混膜,并用于油水乳液分离过程。通过全反射红外光谱、扫描电子显微镜、拉伸试验、接触角测试等对膜的组成、结构形态、机械性能、亲水性进行了表征,并研究了PVP添加量对共混膜油水分离性能的影响。结果表明:添加PVP能较显著地改变EVAL膜的结构,且共混膜的机械强度和亲水性得到明显改善,当PVP添加量为10 wt%(PVP在铸膜液中的质量分数)时,其拉伸强度和断裂伸长率分别为纯EVAL膜的1.88当PVP 添加量为4 wt%时,油水分离稳定通量为纯EVAL 膜的1.81 倍,截留率为92.2 %,比纯EVAL 膜略高。PVP 添加量为10 wt%的PVP/EVAL 共混膜清洗后通量恢复率由纯EVAL 膜的51 %增至77.98 %。
离子分离用电荷Janus结构单价选择性阳离子交换膜 Article
王文广, 张艳秋, 杨晓彬, 孙海翔, 吴亚东, 邵路
《工程(英文)》 2023年 第25卷 第6期 页码 204-213 doi: 10.1016/j.eng.2021.09.020
单价选择性阳离子交换膜(M-CEMs)已被广泛应用于环境修复和能量收集等领域,例如,从卤水和海水中提取Na+或Li+。在此,我们提出了一种简单的方法以构建具有电荷Janus结构的新型M-CEMs,该结构由荷正电的均苯三甲酸/聚乙烯亚胺选择层和荷负电的商业阳离子交换膜(CEM)组成。选择性电渗析(SED)分析结果表明,具有电荷Janus结构的M-CEMs可以有效抑制多孔阳离子交换膜中存在的阴离子迁移问题,因而使这种具有电荷Janus结构的M-CEMs具有较高的渗透选择性和总阳离子通量与最先进的单价选择性阳离子交换膜的分离性能相比,具有电荷Janus结构的M-CEMs对于Na+/Mg2+的最高渗透选择性可以达到145.77,这超过了目前单价选择性阳离子交换膜性能的“上限”,且对于Li+/Mg2+也具有优异的渗透选择性(14.11),在离子分离领域具有巨大的应用潜力。
唐元晖,林亚凯,王晓琳
《中国工程科学》 2014年 第16卷 第12期 页码 24-34
膜分离技术已经成为国际上市政污水和工业废水处理的核心技术。十年来清华大学化学工程系在先进膜材料制备及应用技术研究上开展了大量工作,以膜材料配方设计、膜材料先进制造、膜组件设计与应用为主线,突破多个技术难题和瓶颈,实现了热致相分离(TIPS)法高性能聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的工业化。首先,基于对TIPS法成膜过程的热力学及动力学研究,制备出具有大通量、高强度、亲水性好的PVDF微孔膜;接着,有机结合材料加工和单元操作,形成PVDF中空纤维膜先进制造技术;最后针对不同的工业环境和市政要求,开发出不同规格的高性能膜组件。
面向绿色化工应用的陶瓷催化膜反应器的设计与制备 Feature Article
张广儒, 金万勤, 徐南平
《工程(英文)》 2018年 第4卷 第6期 页码 848-860 doi: 10.1016/j.eng.2017.05.001
催化膜反应器将反应和分离耦合在一个单元,在化工生产中被视为一种绿色的化工新工艺。而在催化膜反应器中采用陶瓷膜可以使膜反应器的应用范围扩展到一些苛刻环境。本文介绍了基于气体分离的致密陶瓷催化膜反应器和基于非均相体系分离的多孔陶瓷催化膜反应器,评述了近10 年两种不同种类的膜反应器的最新进展以及本课题组的相关工作。面向能源、环境领域的应用,对膜反应器的设计、制备及应用展开重点讨论。针对各个膜反应器,从膜及膜反应器构型入手,以典型的催化反应为例,对膜反应器的设计及优化进行详细论述,最后探讨了进一步发展所面临的瓶颈和可能取得突破的方向,以及膜与膜反应器未来发展应重点关注的领域。
Rh<sub>2sub>O<sub>3sub>/hexagonal CePO<sub>4sub> nanocatalysts for N<sub>2sub>O decomposition
Huan Liu, Zhen Ma
《化学科学与工程前沿(英文)》 2017年 第11卷 第4期 页码 586-593 doi: 10.1007/s11705-017-1659-6
关键词: Rh2O3 CePO4 N2O decomposition
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对二氧化碳具有选择性的聚环氧乙烷基薄膜的发展——从实验室到中试规模
Brinkmann Torsten,Lillepärg Jelena,Notzke Heiko,Pohlmann Jan,Shishatskiy Sergey,Wind Jan,Wolff Thorsten
期刊论文